某高速公路隧道涌泥處理分析

徐清政

摘 要：以廣西某高速公路隧道為例，分析了隧道涌泥過程及其處理方案，并提出了10條處理經(jīng)驗(yàn)，為高速公路隧道涌泥處理提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道施工;涌泥處理

中圖分類號(hào)：U457.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 工程簡介

廣西某高速公路隧道位于廣西凌云縣境內(nèi)，隧道穿越東西走向的山體。左線全長780 m;Ⅳ級圍巖200 m，Ⅴ級圍巖557 m，最大埋深約185 m;右線：全長785 m;Ⅳ級圍巖200 m，Ⅴ級圍巖560 m，最大埋深約192 m。隧道進(jìn)出口及洞身山體植被發(fā)育。根據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)資料，隧址區(qū)位于東側(cè)發(fā)育北東-南西走向的區(qū)域性斷層F1，隧道所在山體北面發(fā)育一條次級斷層F1-1，斷層特征如下：

F1（更新-西屯斷裂），屬壓扭性逆斷裂。隧址區(qū)附近傾向南東東，傾角約68°，為二疊系、三疊系地層的天然分界。隧道進(jìn)口端距離斷層約240 m，出口端距離斷層約30 m。

F1-1：地質(zhì)資料顯示為次級斷層，與區(qū)域性斷裂F1搭接，該斷層傾向北西，傾角約60°。

兩條斷層自新生代以來未見有活動(dòng)跡象。隧址區(qū)砂巖巖層產(chǎn)狀為275°∠21°，巖層走向與隧道走向一致，巖層傾角較小，對隧道拱頂穩(wěn)定性有影響。主要發(fā)育的節(jié)理有兩組：65°∠65°、200°∠64°。

2 隧道施工

施工原計(jì)劃從隧道出口端往進(jìn)口端單向掘進(jìn)，隧道采用新奧法設(shè)計(jì)施工。施工順序：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)+監(jiān)控量測-上臺(tái)階開挖-上臺(tái)階拱墻支護(hù)-下臺(tái)階開挖-下臺(tái)階邊墻初期支護(hù)-仰拱開挖-仰拱施作-二次襯砌整體澆筑。

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

采用地質(zhì)雷達(dá)和地質(zhì)羅盤，可以探測掌子面前方30 m的距離，雷達(dá)預(yù)報(bào)探測效果圖，再進(jìn)行軟件分析，得出報(bào)告，必要時(shí)采用超前鉆探。

2.2 隧道掘進(jìn)及支護(hù)

（1）隧道的Ⅴ級圍巖段采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，局部斷層破碎地段采用單側(cè)壁導(dǎo)坑（CD法）施工，以機(jī)械開挖為主、控制爆破為輔的方式進(jìn)行開挖，每循環(huán)掘進(jìn)0.5 m～0.8 m（1榀鋼拱架）。

（2）Ⅳ級圍巖段采用臺(tái)階法開挖（當(dāng)上臺(tái)階掌子面穩(wěn)定性差時(shí)調(diào)整為預(yù)留核心土環(huán)形開挖），采用爆破掘進(jìn)作業(yè)，每循環(huán)掘進(jìn)2榀。

（3）超前支護(hù)：超前長管棚（Ⅴ級圍巖洞口）;超前小導(dǎo)管（Ⅴ級圍巖深埋段、破碎帶段;Ⅳ級圍巖淺埋段）;超前錨桿（洞內(nèi)Ⅳ級圍巖深埋段）。

（4）初期支護(hù)：中空注漿錨桿/藥卷錨桿+工字鋼或鋼格柵拱架+鋼筋網(wǎng)+C25噴射混凝土。

（5）二次襯砌：洞口段、V級圍巖及IV級圍巖軟弱段采用鋼筋砼，V級圍巖二次襯砌距離掌子面50 m～60 m，IV級圍巖60 m～100 m。下臺(tái)階開挖支護(hù)后及時(shí)施作仰拱，及時(shí)封閉成環(huán)。

3 隧道涌泥及方案制定

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道右洞開挖至K117+528，對掌子面前方30 m進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。已開挖斷面揭露圍巖主要為中～強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r及粉質(zhì)黏土;灰?guī)r，灰色，巖質(zhì)較硬，節(jié)理裂隙極發(fā)育，圍巖破碎，呈薄層碎塊狀結(jié)構(gòu)，巖層與巖層之間結(jié)合差，極易掉塊、坍塌;掌子面巖溶發(fā)育，空腔由粉質(zhì)黏土及孤石填充;綜上所述，圍巖自穩(wěn)能力極差。

推測：前方30 m范圍內(nèi)圍巖為中-強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，巖體破碎;前方30 m范圍內(nèi)掌子面中部及左則圍巖發(fā)育巖溶，空腔由黃色泥質(zhì)填充物和孤石填充;圍巖自穩(wěn)能力差，發(fā)育裂隙水。

在隧道右洞K117+528～K117+498段，進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，建議如下：

（1）推測前方30 m范圍內(nèi)圍巖破碎，拱頂極易掉塊，建議開挖后及時(shí)支護(hù)，減少圍巖暴露時(shí)間，避免拱頂?shù)魤K，或是產(chǎn)生較大變形，做好超前支護(hù)，酌情采用注漿，穩(wěn)固圍巖，再進(jìn)行后續(xù)施工。

（2）推測前方30 m范圍內(nèi)圍巖巖溶發(fā)育，巖溶空腔由黃色泥質(zhì)填充物及孤石填充，建議施工時(shí)應(yīng)密切注意掌子面情況，及時(shí)清理泥質(zhì)填充物及孤石，對空腔注漿回填密實(shí)，確保施工安全。

（3）推測前方圍巖發(fā)育裂隙水，建議做好防排水措施，避免浸泡拱腳;前方圍巖易受沖刷、侵蝕，密切關(guān)注掌子面狀態(tài)，謹(jǐn)防突水突泥。

3.2 涌泥段隧道支護(hù)形式

D25中空注漿錨桿L=3.5 m，間距0.5x1.2 m（縱×環(huán)）+I20b工字鋼拱架，間距50 cm+φ8鋼筋網(wǎng)+26 cmC25噴射混凝土+50 cm厚鋼筋混凝土二襯。

3.3 隧道涌泥

右洞掌子面開挖至K117+525時(shí)，在掌子面拱頂靠外側(cè)突發(fā)性涌出大量軟泥，夾雜少量孤石，涌泥口半徑范圍在1.0 m～1.5 m范圍內(nèi)，總體涌泥量約2 000 m2。在使用挖掘機(jī)進(jìn)行試探性的掏挖后，發(fā)現(xiàn)此處溶腔的體量很大;初步判斷，應(yīng)立即對涌泥口進(jìn)行封閉處理。

3.4 原因分析

（1）隧道地質(zhì)條件差，溶隙溶槽發(fā)育，溶腔填充物主要為土、入夾石、軟泥等。

（2）梅雨季節(jié)，前段時(shí)間，連續(xù)的暴雨，導(dǎo)致隧道上方覆蓋層在雨水的浸泡下，極為松散，大量地表水通過溶隙進(jìn)入溶腔內(nèi)，在隧道開挖后，導(dǎo)致涌泥的發(fā)生。

3.5 方案制定及處理過程

分三臺(tái)階環(huán)形開挖預(yù)留核心土法以及臨時(shí)仰拱閉合成環(huán)方案：

（1）超前支護(hù)：涌泥口打設(shè)φ42*4 mm超前注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長4 m，并注水泥-水玻璃漿液進(jìn)行加固。

（2）上臺(tái)階開挖、支護(hù)：超短進(jìn)尺開挖上臺(tái)階，清掏涌泥口，每循環(huán)進(jìn)尺長度約30 cm，同時(shí)，為防止開挖過大導(dǎo)致涌泥口爆出，在沒有開挖至設(shè)計(jì)輪廓時(shí)就采用工字鋼拱架進(jìn)行支撐，預(yù)留排水管，并立即掛網(wǎng)、噴射混凝土進(jìn)行封閉。

（3）施作臨時(shí)仰拱：為保證已支撐初支鋼拱架拱腳的穩(wěn)定，并防止往前開挖時(shí)拱腳下沉，上臺(tái)階拱腳處施做臨時(shí)仰拱，臨時(shí)仰拱采用I20b工字鋼拱架，并采用C30砼澆筑。

（4）繼續(xù)超短進(jìn)尺開挖、支護(hù)并施做臨時(shí)仰拱直至涌泥口完全封閉。

（5）徑向注漿加固：在涌泥區(qū)段打設(shè)φ42*4 mm徑向注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長4 m，并注水泥-水玻璃漿液進(jìn)行加固。

（6）中臺(tái)階開挖、支護(hù)，每循環(huán)進(jìn)尺1榀，拱腳落在堅(jiān)實(shí)的地基上，如若地基軟弱，及時(shí)施做臨時(shí)仰拱。

（7）斷面復(fù)測：采用斷面儀對已支護(hù)的初支進(jìn)行斷面測量。

（8）拱架置換：對侵入初支界限的初支進(jìn)行置換處理。

（9）下一循環(huán)超前地質(zhì)探測、開挖、支護(hù)。

過程中對掌子面及后方的初支進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測，并及時(shí)分析初支的沉降和收斂情況，沉降速率過大時(shí)，立即停止施工并撤離現(xiàn)場。

4 隧道涌泥處理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過對此次溶洞涌泥的處理，總結(jié)如下：

（1）巖溶地區(qū)施工前應(yīng)編制專項(xiàng)施工方案，包括應(yīng)急預(yù)案、地質(zhì)預(yù)報(bào)方案、監(jiān)控量測方案。施工過程中實(shí)際與設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整，同時(shí)結(jié)合應(yīng)急預(yù)案，提前做好技術(shù)、物資、機(jī)械的儲(chǔ)備和應(yīng)急演練。

（2）巖溶地區(qū)隧道施工前，應(yīng)結(jié)合地勘資料，采取綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的手段，探清巖溶發(fā)育規(guī)模、溶洞分布、巖溶填充、地下水及其流向等情況，核實(shí)巖溶與隧道空間位置關(guān)系等。為達(dá)到以上目的，需要采取超前物探和超前鉆孔探測等多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段進(jìn)行探測，為隧道施工提供依據(jù)，對隧道安全施工有影響的巖溶，還應(yīng)制訂施工初支方案。

（3）宜采用分部開挖，當(dāng)溶洞出現(xiàn)在隧道一側(cè)時(shí)，應(yīng)先開挖該側(cè)，待初期支護(hù)完成后，再開挖另一側(cè)。

（4）嚴(yán)格控制開挖循環(huán)長度，炮眼鉆孔宜多打眼、打淺眼。

（5）掌子面應(yīng)有不少于5個(gè)加深探測炮孔，加深探測炮孔深度宜比裝藥炮孔深度深3 m以上。

（6）當(dāng)巖溶地區(qū)施工遇到雨季時(shí)，應(yīng)充分考慮地表水對溶洞的影響，實(shí)時(shí)觀察洞內(nèi)溶洞的出水情況，必要時(shí)暫停掘進(jìn)。

（7）當(dāng)涌泥發(fā)生后，應(yīng)及時(shí)撤離人員和設(shè)備，值班人員根據(jù)情況遠(yuǎn)距離觀察涌泥的位置、規(guī)模、速度、水量等，為后續(xù)處理提供參考。

（8）一般在巖溶位置施工的初期支護(hù)，可能會(huì)存在拱腳位置基礎(chǔ)軟弱，需對拱腳位置的鎖腳進(jìn)行加強(qiáng)、擴(kuò)大拱腳措施加強(qiáng)對鋼筋的支撐，必要時(shí)采用臨時(shí)仰拱。

（9）加強(qiáng)加密監(jiān)控量測，及時(shí)反饋監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)施工，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)際預(yù)留變形量，變形速率較大時(shí)，應(yīng)暫停施工，分析原因并采用加固措施進(jìn)行處理，直到變形速率得到有效控制。

（10）穿越巖溶軟弱填充區(qū)，初支承受的壓力較大時(shí)，應(yīng)盡早閉合仰拱，及時(shí)施作二襯。

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